Hydraulique appliquée
UTC106


Objectifs pédagogiques

Donner aux élèves les connaissances scientifiques et techniques relatives au comportement des liquides dans les procédés, les réseaux et les aquifères.

Enseignement de cours et travaux dirigés ; exemples pris dans les domaines : procédés, construction et gestion de l'eau.

Public et conditions d'accès

Bac+2 scientifique

Compétences
  • Maîtriser les notions et équations de base de la mécanique des fluides.
  • Savoir calculer les pertes de charge régulières et singulières pour un liquide dans une conduite ou un canal.
  • Etre capable de prédire la répartition des débits liquides dans un réseau de conduites ou de canaux.
  • Savoir dimensionner une pompe centrifuge pour un circuit donné.
  • Etre capable de calculer la perte de charge à travers un milieu poreux ou granulaire.
  • Pouvoir calculer la vitesse terminale de chute d'une particule ou d'un essaim de particules dans un fluide.
Méthodes de validation

Examen écrit

Contrôle continu (devoir maison)

Contenu de la formation

1/ Introduction
Positionnement de la mécanique des fluides par rapport aux différentes spécialités concernées

2/ Éléments de mécanique des fluides

Propriétés des fluides
Notions de fluide, pression, débit, masse volumique et densité, viscosité, tension de surface et mouillabilité

Hydrostatique
Notion de particule fluide, principe fondamental de l'hydrostatique, expressions de la loi fondamentale de la statique des fluides dans d'autres champs que le champ de pesanteur, conséquences de la loi fondamentale

Écoulement stationnaire des fluides parfaits incompressibles
Conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l'énergie, diverses formes du théorème de Bernoulli et conversion d'énergies, applications de Bernoulli, notion de charge et de surface équipotentielle

Écoulement des fluides réels
Viscosité, introduction à la rhéologie, nombre de Reynolds, des profils de vitesse à la notion de couche limite, compressibilité

3/ Hydraulique

Pertes de charge
Pertes de charge régulières, pertes de charge singulières, écoulement sous pression, écoulement à surface libre, calcul de conduites et réseaux

Écoulement à surface libre
Régime fluvial ou torrentiel, écoulement laminaire ou turbulent, équation de Manning et Strickler, loi de Chézy

Régime transitoire

Pompes
Technologie et dimensionnement des pompes, refoulement et relevage

4/ Écoulement dans les milieux poreux

Charge et piézométrie
Milieu granulaire et milieu poreux, porosité cinématique, degré de saturation, gravité et capillarité, pression interstitielle et succion, infiltration et drainage, percolation, nappe libre ou captive, piézomètre, surface piézométrique, carte en courbes isopièzes

Écoulement saturé : vitesse de filtration et perméabilité
Équation de Navier-Stokes, changement d'échelle et anisotropie, filtration, porosité et perméabilité, relations empiriques dérivées de la loi de Darcy (Forchheimer, Kozeny-Carman, Ergün, Leva…)

Diffusivité et pompage
Équation différentielle de la diffusivité, solution de Dupuit pour le régime permanent, application au pompage et à l'injection en nappe

5/ Suspension et interactions fluide/solide

Écoulement des fluides autour des particules
Mise en évidence ; coefficient de traînée ; interaction électrostatique

Mouvement des particules au sein des fluides dans le champ de pesanteur
Problématique ; vitesse terminale de chute ; loi de Stokes et sédimentométrie ; cas des essaims de particules ; cas d'un solide soumis à une force centrifuge

Comportement du fluide et des particules lors de la filtration
Sables, limons et argiles, surface spécifique, rétention, colmatage, gammadensimétrie

6/ Conclusion
Du principe fondamental de l'hydrostatique à l'équation de BERNOULLI généralisée, lien avec UTC107 et BTP147

Bibliographie
  • Régis JOULIÉ: Mécanique des fluides appliquée (Ellipses, Paris, 1998)
  • J. BONNIN, J-C. BUVAT, X. COSSON, M. DEBACQ, H. DESMORIEUX et C. LACOUR: HYDRAULIQUE pour le génie des procédés ; http://gpip.cnam.fr/ressources-pedagogiques-ouvertes/hydraulique/
  • Henri FAUDUET: Mécanique des fluides & des solides appliquée à la chimie (Tec&Doc Lavoisier, Paris, 2011)
  • Noël MIDOUX: Mécanique et rhéologie des fluides en génie chimique (Tec&Doc Lavoisier, Paris, 1985)

Cette UE apparaît dans les diplômes et certificats suivants :

  • LG03505A : Licence Sciences, Technologies, Santé mention Génie civil parcours Aménagement et environnement en formation continue hors temps de travail
  • CYC8702A : Diplôme d'ingénieur Spécialité Génie des procédés parcours Procédés pharmaceutiques
  • DIE6602A : Diplôme d'établissement Responsable en ingénierie d'étude et de production option Production parcours Génie chimique
  • LG04005A : Licence Sciences, technologies, santé mention Sciences et technologies parcours Génie des procédés
  • LP14701A : Licence professionnelle Sciences, technologie, santé mention génie des procédés et bioprocédés industriels parcours Procédés chimiques et pharmaceutiques
  • MR10101A : Master Sciences, technologies, santé mention Génie des procédés et bio-procédés parcours Ingénierie chimique
  • CYC8304A : Diplôme d'ingénieur Spécialité Bâtiment et travaux publics parcours Aménagement et environnement en formation continue hors temps de travail
  • CYC8701A : Diplôme d'ingénieur Spécialité Génie des procédés parcours Procédés chimiques

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